Dois buracos negros gigantes podem colidir em 100 anos – e a Terra será capaz de detectar o impacto

No centro de uma galáxia distante, dois titãs cósmicos parecem estar presos em uma dança fatal. Eles giram um em torno do outro a velocidades enormes e, segundo um novo estudo, podem colidir em menos de um século.

Quando isso acontecer, a colisão deve produzir um tremor gigantesco no próprio tecido do Universo – um evento tão poderoso que instrumentos na Terra podem detectá-lo.

A possível fusão envolve dois buracos negros supermassivos no coração da galáxia Markarian 501, a cerca de 500 milhões de anos-luz da Terra. O sistema foi analisado por uma equipe internacional de astrônomos liderada por pesquisadores do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha. O artigo foi publicado no periódico científico Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Buracos negros supermassivos têm massas milhões ou bilhões de vezes maiores que a do Sol. Hoje, sabemos que quase todas as grandes galáxias possuem um deles em seu centro. Mas como eles se tornam tão gigantes?

Uma hipótese é que cresçam lentamente ao engolir gás e estrelas dos arredores. Outra possibilidade é que aumentem de tamanho ao se fundirem com outros buracos negros massivos quando suas galáxias colidem.

Esses encontros entre galáxias são comuns na história do Universo. Quando duas se aproximam, seus buracos negros centrais podem acabar presos pela gravidade um do outro. Primeiro, eles passam a orbitar em torno do centro comum. Com o tempo, essa órbita se encolhe até que ocorre a fusão final.

Esse estágio final – quando os dois gigantes estão extremamente próximos – é raro de ser observado. É exatamente esse momento que os pesquisadores acreditam ter identificado em Markarian 501.

Um objeto estranho no céu

Markarian 501 já era conhecida pelos astrônomos. A galáxia abriga um blazar, um tipo extremamente luminoso de núcleo galáctico ativo.

Blazares são alimentados por buracos negros supermassivos que engolem matéria ao seu redor. Parte dessa matéria não cai diretamente no buraco negro: ela é acelerada e expelida em jatos de partículas e radiação que viajam quase à velocidade da luz.

Quando um desses jatos está apontado na direção da Terra, o objeto parece particularmente brilhante – e recebe o nome de blazar.

Markarian 501 parecia seguir esse padrão; os cientistas acreditavam que um único buraco negro no centro da galáxia produzia um jato poderoso de partículas.

Mas havia algo estranho. Ao longo dos anos, os telescópios registravam mudanças inesperadas na direção desse jato. Ele parecia apontar para lugares diferentes em momentos diferentes – algo difícil de se explicar com apenas um buraco negro.

Para investigar melhor, a equipe reuniu mais de duas décadas de observações feitas com o VLBA (Very Long Baseline Array), uma rede de dez radiotelescópios espalhados pelos Estados Unidos. Foi então que surgiu a surpresa.

Ao analisar as imagens de rádio com alta resolução, os pesquisadores perceberam que, além do jato conhecido, havia um segundo jato emergindo do núcleo da galáxia.

Esse novo jato parecia começar do lado oposto do primeiro e curvar-se ao redor do centro da galáxia. Em várias observações, os dois apareciam simultaneamente.

Isso sugere que cada jato é produzido por um buraco negro diferente.

No estudo, os cientistas estimam que cada um desses buracos negros tenha uma massa entre 100 milhões e 1 bilhão de vezes a massa do Sol. Também acreditam que o dois orbitam um ao outro a cada cerca de 121 dias. Assim, em pouco mais de quatro meses, eles completam uma volta inteira.

Em termos astronômicos, a separação entre esses dois gigantes é minúscula. Os pesquisadores estimam que eles estejam separados por algo entre 250 e 540 vezes a distância entre a Terra e o Sol.

Parece enorme, mas para objetos com bilhões de massas solares é quase como se estivessem colados.

À medida que orbitam um ao outro, os dois buracos negros perdem energia – principalmente por meio da emissão de ondas gravitacionais. Isso faz com que suas órbitas diminuam gradualmente.

Dependendo das massas reais dos objetos, os cálculos indicam que a fusão final pode ocorrer em cerca de um século. Em escala cósmica, isso é praticamente em um piscar de olhos.

Ondas no tecido do Universo

Quando os dois buracos negros finalmente colidirem, o resultado será extremamente violento.

A fusão deve gerar ondas gravitacionais, ondulações no tecido do espaço-tempo previstas pelo cientista Albert Einstein em 1916. Elas são produzidas por eventos cósmicos muito energéticos, como colisões de estrelas de nêutrons ou buracos negros.

Nos últimos anos, observatórios já detectaram ondas gravitacionais vindas de fusões de buracos negros menores. Mas o evento em Markarian 501 pode ser muito mais poderoso, capaz de atravessar o Universo inteiro.

Com as tecnologias atuais, poderíamos observar usando o monitoramento de pulsares, estrelas extremamente regulares que funcionam como relógios cósmicos.

Se uma onda gravitacional passar entre nós e esses pulsares, ela altera levemente o tempo de chegada de seus sinais. Projetos internacionais chamados Pulsar Timing Arrays procuram exatamente esse tipo de sinal.

Mesmo que a colisão ainda leve décadas para acontecer, esse sistema já é um verdadeiro tesouro para os cientistas. Ele oferece uma rara chance de estudar como buracos negros supermassivos se aproximam antes da fusão final – um processo que ainda guarda muitos mistérios.

Se as próximas observações confirmarem o cenário, os astrônomos poderão acompanhar praticamente em tempo real os últimos passos dessa dança cósmica.